Лабораторная работа №6 «Исследование сглаживающих фильтров»

1. Цель работы.

Целью работы является определение коэффициентов сглаживания различных схем фильтров, зависимостей коэффициентов сглаживания фильтров от величины тока нагрузки, коэффициентов полезного действия фильтров и подбор емкости резонансного фильтра с параллельным контуром (фильтра-«пробки»).

2. Подготовка к работе.

2.1. Изучите по рекомендуемой в данном методическом пособии литературе [1-4] и приложению к лабораторной работе следующий теоретический материал:

- классификация сглаживающих фильтров и особенности их схемотехнического построения;

- принцип действия сглаживающих фильтров;

- сравнительный анализ и область использования различных схем сглаживающих фильтров;

- особенности лабораторной установки (смотри пункт 7).

2.2. Ознакомтесь с методическими указаниями к данной лабораторной работе.

2.3. Подготовьте бланки отчета, где следует привести информацию необходимую (по мнению студента) в дальнейшем для выполнения лабораторной работы.

2.4. Уясните назначение каждого элемента приведённых схем сглаживающих фильтров, цель каждого опыта.

2.5. Ответьте на контрольные вопросы.

3. Контрольные вопросы.

3.1. Перечислите известные типы сглаживающих фильтров электропитающих устройств. Поясните принцип их работы и область применения.

3.2. Дайте определение основным параметрам качества сглаживающих фильтров.

3.3. Как рассчитать сглаживающий Г - образный LС - фильтр?

3.4. Как рассчитать сглаживающий Г- образный RС– фильтр?

3.5. Как рассчитать сглаживающий П- образный CLС – фильтр?

3.6. Покажите, что при Г - образном LС - фильтре выпрямитель можно считать работающим на нагрузку с индуктивной реакцией, а при П - образном СLC - фильтре - на нагрузку с емкостной реакцией. Какова область применения этих типов фильтров?

3.7. Что такое собственная частота LС - фильтра и какую роль она играет?

3.8. Поясните принцип работы резонансного фильтра - "пробки", каковы его достоинства и недостатки?

3.9. Дайте сравнительную оценку Г - образным LС и RС - фильтрам. Укажите область применения каждого типа фильтра.

3.10. Почему в сердечнике дросселя LС - фильтров вводится воздушный зазор?

3.11. По каким причинам возникают сверхтоки и перенапряжения при включении мощного выпрямителя с Г – образным LС - фильтром? Укажите способы их уменьшения.

3.12. Как выполняются многозвенные фильтры, какие существуют критерии для выбора числа звеньев?

3.13. Что произойдет с переменной составляющей выпрямленного напряжения, если на выходе фильтра параллельно нагрузке включить аккумуляторную батарею?

3.14. Дайте определение и приведите выражение для передаточной функции LC - фильтра.

4. Содержание работы.

4.1. Ознакомьтесь со схемой макета (рис. 6.1), зарисуйте упрощенные схемы исследуемых фильтров и типовые зависимости АЛЧХ и ФЧХ для сглаживающего Г – образного LC фильтра.

4.2. Исследуйте процессы функционирования схем сглаживающих фильтров. Лабораторный макет позволяет исследовать четыре схемы фильтров:

1) Г - образный LС - фильтр;

2) П - образный СLС - фильтр;

3) Г - образный RС - фильтр;

4) Резонансный фильтр - "пробка".

4.3 Проведите соответствующие измерения, расчёты и постройте зависимости коэффициентов сглаживания Г - образного и П - образного LС - фильтров от тока нагрузки.

4.4. Проведите измерения, соответствующие расчёты и постройте зависимости коэффициентов пульсации и полезного действия Г - образного RC - фильтра от величины сопротивления R.

4.5. Для резонансного фильтра – «пробки»:

а) подберите ёмкость параллельного контура, состоящего из дросселя L и комбинации параллельно включенных конденсаторов, при которых будет наблюдаться резонанс токов;

б) постройте зависимость коэффициента сглаживания от тока нагрузки I₀ для фильтра с параллельным контуром, настроенным на частоту первой гармонической составляющей пульсаций (резонанс токов фильтра – «пробки»).

4.6. На передней панели и в описании работы используются следующие обозначения:

U₀₁, U_~1 – постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения на входе фильтра;

U₀₂, U_~2 – постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения на выходе фильтра;

L, C1 – C9, R1 – R3 – индуктивность дросселя, ёмкости конденсаторов и сопротивления резисторов, используемых в фильтрах стенда;

R_H, I₀ - сопротивление резистора и ток нагрузки;

q, q₁, q₂ - коэффициенты сглаживания соответственно всего фильтра, первого и второго его звена ;

m, К_ПВх – фазность схемы выпрямления и коэффициент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя;

К_П1, К_П2 – коэффициенты пульсаций напряжения соответственно на входе и выходе Г – образного фильтра;

_с, (f_c) – собственная частота фильтра;

 - коэффициент полезного действия фильтра.

РА (mA) – амперметр на передней панели стенда для измерения тока нагрузки;

РU1 (V₀) – вольтметр на передней панели стенда для измерения постоянной составляющей напряжения;

РU2 (V_~) – ламповый вольтметр для измерения переменной составляющей напряжения;

SA1 – SA10 – тумблеры включения резисторов и конденсаторов фильтров;

SA(I – IV) – переключатель типов фильтров;

SA11 - тумблер подключения гнёзд SA17, SA18 ко входу и выходу фильтра;

SA - тумблер включения стенда.